chương 7 7 halogen

Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử và đặc điểm cấu tạo phân tử halogen.- Do có 7 electron ở lớp ngoài cùng, chưa đạt cấu hình bền vững như khí hiếm, nên ở trạng thái tự do, h

I VỊ TRÍ CỦA NHÓM HALOGEN TRONG BẢNG TUẦN HOÀN = Nhóm VIIA

II TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN CỦA CÁC HALOGEN

- Halogen trong tự nhiên không tồn tại ở dạng đơn chất, chỉ tồn tại dạng hợp chất, chủ yếu tồn tại dưới dạng muối của các ion halide (F-, Cl-, Br-, I-).

- Ion fluoride được tìm thấy trong các khoáng chất như fluorite (CaF2,); fluorapatite (Ca5(PO4)3F) và cryolite (Na3AlF6)

- Ion chloride có nhiều trong nước biển, trong quặng halite (NaCl, thường gọi là muối mỏ), sylvite (KC1).- Trong cơ thể người, nguyên tố chlorine có trong máu và dịch vị dạ dày (ở dạng ion Cl-), nguyên tố iodine có ở tuyến giáp (ở dạng hợp chất hữu cơ).

- Ion bromide có trong quặng bromargyrite (AgBr).

- Ion iodide trong iodargyrite (Agl), các ion này cũng có trong nước biển và các mỏ muối.Trong tự nhiên, các nguyên tố halogen tồn tại ở dạng hợp chất.

Muối mỏ (NaCl) Nước biển (NaCl, NaBr, NaI) Quặng Fluorite (CaF2)

Khoáng cryolite Quặng Fluorapatite Quặng sylvinite(Na3AlF6) (Ca5(PO4)3F) (NaCl.KCl)Một số dạng tồn tại trong tự nhiên của các halogen

III CẤU HÌNH ELECTRON LỚP NGOÀI CÙNG CỦA NGUYÊN TỬ CÁC NGUYÊN TỐ HALOGEN ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO PHÂN TỬ HALOGEN

1 Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử và đặc điểm cấu tạo phân tử halogen.

- Do có 7 electron ở lớp ngoài cùng, chưa đạt cấu hình bền vững như khí hiếm, nên ở trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen góp chung một cặp electron để hình thành phân tử.

Công thức cấu tạo của phân tử halogen: X - X.

Đơn chất halogen: X2, liên kết trong phân tử là liên kết cộng hoá trị không phân cực.

Các nguyên tử halogen có 7 electron ở lớp ngoài cùng, dễ nhận thêm 1 electron để đạt được cấu hình electron bền của khí hiếm gần nhất:

ns np2 51e ns np2 6

Do vậy, số oxi hoá đặc trưng của các halogen trong hợp chất là -1.

Tuy nhiên, khi liên kết với các nguyên tố có độ âm điện lớn, các halogen có thể có các số oxi hoá dương: +1, +3, +5, +7 (trừ fluorine có độ âm điện lớn nhất, nên fluorine luôn có số oxi hoá bằng -1 trong mọi hợpchất).

* F(Z=9): 1s22s22p5 Nguyên tử F có 2 lớp electron, không có phân lớp d nên chỉ có 1electron độc thân, mặt khác F có độ âm điện lớn nhất vì thế F chỉ có số oxi hóa bằng -1 trong mọi hợp chất.

* Các nguyên tố Cl, Br, I ở trạng thái cơ bản có e độc thân.

* Ngoài ra còn có phân lớp d còn trống nên khi được kích thích thì 1,2,3e thuộc s,p có thể chuyển đến những obitan d còn trống tạo ra 3,5,7 e độc thân vì thế các nguyên tố này ngoài sốoxi hóa = -1; +1 còn có thể có các số oxi hóa +3;+5; +7

IV TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA CÁC HALOGEN

- Các halogen ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ không phân cực như hexane (C6H14), carbon tetrachloride (CCl4),… Trong y học, dung dịch iodine loãng trong ethanol được dùng làm thuốc sát trùng.

- Bromine gây bỏng sâu khi tiếp xúc với da Hít thở không khí có chứa halogen với nồng độ vượt ngưỡng cho phép làm tổn hại niêm mạc tế bào đường hô hấp, gây co thắt phế quản, khó thở.

- Ở nhiệt độ cao, iodine thăng hoa, chuyển từ thể rắn sang thể hơi dưới áp thường.

- Một số đặc điểm của các nguyên tố nhóm halogen

 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần.

+ Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của đơn chất halogen bị ảnh hưởng bởi tương tác van der Waals giữa các phân tử Từ fluorine đến iodine, khối lượng phân tử và bán kính nguyên tử tăng, làm tăng tương tác van der Waals, dần đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng.

* Ở điều kiện thường, hãy dự đoán astatine tồn tại ở thể khí, thể lỏng hay thể rắn? Giải thích.

V TÍNH CHẤT HÓA HỌC ĐẶC TRƯNG CỦA HALOGEN

- Halogen có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns2np5, nên nguyên từ có xu hướng nhận thêm 1 electronhoặc dùng chung electron với nguyên tử khác để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm tương ứng Sơ đồ tổng quát: X + le  X-

- Halogen có 7 electron ở lớp ngoài cùng, nên nguyên tử halogen có xu hướng nhận thêm 1 electron để tạo hợp chất ion hoặc dùng chung electron để tạo hợp chất cộng hoá trị.

- Tính chất hoá học dặc trưng của halogen là tính oxi hoá mạnh, tính oxi hoá giảm dần từ fluorine đến iodine.

TCHH* Tính oxh mạnh nhất (chỉ có tính oxi hóa).

Tính oxi hóa và tính khử

Tính oxi hóa và tính khử

*Tính oxi hóa

1.Tác dụng với kim loại

Các halogen phản ứng với kim loại thể hiện các mức độ khác nhau, tạo muối halide.F2 oxi hóa tất cả các

kim loại

2 Ag + F 2Ag F Silver fluoride

10 0 +3

2 Au +3F 2Au F Gold fluoride

Ở nhiệt độ thường or không cao lắm

0 0 +1-12

2 Na + Cl 2Na Cl

Sodium chloride-10 0 +3

2 Fe +3Cl 2Fe Cl

Iron(III) chloride

Ở nhiệt độ cao0 0 +11

2 Na + Br 2Na Br

Sodium bromide

10 0 +3

2 Fe +3Br 2Fe Br

Iron (III) bromide

Ở nhiệt độ cao hoặc xúc tác.

0 0 +112

2 Na + I 2Na I

Sodium iodide

10 0+3

H + F   2 H F

Hydrogen fluoride

Cần ánh sáng (ánh sáng mặt trời or ánh sáng cháy Mg) hoặc đun nóng

Cl2 + H2askt

   2HCl Hydrogen chloride

Ở t0 cao (200-4000C)

0 0 +1 -1t

H + Br 2 H Br

Hydrogen bromide

Ở t0 cao 5000C) xt: Pt, pứ thuận nghịch.

0 0 xt,t +1 -122

H + I    2 H I

Hydrogen iodide

NLLK (Eb)

HF: 565 KJ/mol HCl: 427 KJ/mol HBr: 363 KJ/mol HI: 295 KJ/mol

3 Tác dụng với nước

Oxi hóa được nước, mãnh liệt ở nhiệt độ thường

Chlorine tan vừa phải

→ nước clo màu vàng nhạt,1 phần Chlorine

tác dụng chậm với nước

2 2

ClH O  H C l H C lOCl2: vừa khử vừa oxi hóa HCl: hydrochloric acid

HClO:hypochlorous acid

Phản ứng rất chậm vớinước.

HClO:hypochlorous acid

Hầu như I2 không tác dụng với nước.

* HClO: Hypochlorous acid có tính oxi hoá mạnh nên chlorine trong nước có khả năng diệt

khuẩn, tẩy màu và được ứng dụng trong khử trùng nước sinh hoạt.

=> Khí chlorine ẩm có tính tẩy màu do Cl2 phản ứng với nước tạo HClO và HCl.

4 Tác - Halogen phàn ứng với dung dịch kiểm, sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng

dụng với dung dịch kiềm

(X : Cl Br , I )

 Đây là những phản ứng tự oxi hóa – khử

-Ví dụ, chlorine phàn ứng với dung dịch NaOH ở nhiệt độ thường và nhiệt độ trên 70°C:

5 Tác dụng với dung dịch muối halide

Chlorine có thể oxi hoá ion Br- trong dung dịch muối bromide và ion I- trong dung dịch muối iodide, bromine có thể oxi hoá ion I- trong dung dịch muối iodide.

Cl 2NaBr 2NaCl BrCl 2NaI 2NaCl I

VII ỨNG DỤNG CỦA CÁC HALOGEN

 Tìm hiểu ứng dụng của halogen

Fluorine: Dược sử dụng trong sản xuất các chất dẻo ma sát thấp, như teflon phủ trên bề mặt chảo chống

dùng trong sản xuất nhôm; sodium fluoride sử dụng như một loại thuốc trừ sâu, chống gián; một số muối fluoride khác được thêm vào thuốc đánh răng, tạo men răng,

Chlorine: Là chất oxi hoá mạnh, được sử dụng làm chất tẩy trắng và khử trùng nước Một lượng lớn

chlorine được dùng để sản xuất các dung môi như carbon tetrachloride (CCl4), chloroform (CHCl3), dichloroethylene (C2H2C12),

1,2-Bromine: Được sử dụng để điều chế thuốc an thẩn, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in; silver bromide

(AgBr) là chất nhạy với ánh sáng, dùng để tráng phim ảnh, phụ gia chống ăn mòn cho xăng,

Iodine: Là nguyên tố vi lượng cần thiết cho dinh dưỡng của con người, thiếu iodine có thể gây nên tác

hại cho sức khoẻ như gây bệnh bướu cồ, thiểu năng trí tuệ, hồn hợp ethanol và iodine là chất sát trùng phổbiến Các hợp chất iodide được sử dụng làm chất xúc tác, dược phẩm và thuốc nhuộm.

AgBr dùng trong phim ảnh Cồn – iot dùng sát trùng vết thương

B HYDROGEN HALIDE VÀ MỘT SỐ PHẢN ỨNG CỦA ION HALIDEI CẤU TẠO PHÂN TỬ

- Phân tử hydrogen halide (HX) gồm môt liên kết cộng hoá trị Các phân tử HX là phân tử phân cực.- Mô hình liên kết

- Hydrogen halide là hợp chất của hydrogen với halogen, công thức tồng quát là HX, với X là halogen Hậu tố “ide” trong hydrogen halide được thay thế từ hậu tố “ine” của tên halogen.

- Ở điều kiện thường, hydrogen halide tồn tại ở thể khí, tan tốt trong nước, tạo thành dung dịch hydrohalicacid tương ứng.

* Đặc điềm, tính chất vật lí của hydrogen halide (HX)

Tên hợp chất Hydrogen fluoride

Hydrogen chloride

Hydrogen

bromide Hydrogen iodide

Liên kết hydrogen giữa các phân tử HF

- Nhờ liên kết hydrogen giữa các phân tử nên hydrogen fluoride khó bay hơi hơn các hydrogen halide còn lại.

- Nhiệt độ sôi của các hydrogen halide tăng dấn từ HCl đến HI Nguyên nhân là do khối lượng phân tử tăng, làm tăng năng lượng cần thiết cho quá trình sôi; đồng thời, sự tăng kích thước và số electron trong phân tử, dẫn dến tương tác van der Waals giữa các phản tử tăng

- Các phân tử hydrogen fluoride hình thành liên kết hydrogen liên phân tử, loại liên kết này bền hơn tương tác van der Waals, nên nhiệt độ sôi của hydrogen fluoride cao bất thường so với các hydrogen halide còn lại.

- Tính acid của các hydrohalic acid tăng dần từ hydrofluoric (yếu) acid đến hydroiodic acid (rất mạnh).- Hydrofluoric acid (HF) là acid yếu, nhưng có tính chất đặc biệt là ăn mòn thuỳ tinh, phương trình hoá học của phản ứng:

SiO2 + HF→SiF4 + 2H2O

- Các dung dịch HC1, HBr, HI là những acid mạnh, có đầy đủ tính chất hoá học chung của acid như làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ, tác dụng với kim loại đứng trước hydrogen trong dãy hoạt động hoá học, tác dụng với basic oxide, base và một số muối.

+ Làm quì tím chuyển sang màu đỏ.

+ Tác dụng với kim loại ( đứng trước hidro) Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

+Tác dụng với oxit bazơ:

CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O + Tác dụng với bazơ:

Fe(OH)3 + 3HCl → FeCl3 + 3H2O + Tác dụng với muối:

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

b) Tính khử

Ngoài tính acid, hydrohalic acid còn có tính khử, ví dụ:2KMnO4 + 16HCl→ 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O

III TÍNH KHỬ CỦA CÁC ION HALIDE

Trong ion halide, các halogen có số oxi hoá thấp nhất là -1, do đó ion halide chỉ thể hiện tính khử trong phản ứng oxi hoá - khử.

Tính khử của các ion halide tăng theo chiều F- <Cl- <Br- < I

-Khi đun nóng các muối khan halide với chất oxi hoá mạnh, như dung dịch H2SO4 đặc, ion chloride khôngkhử được H2SO4 đặc nên chỉ xảy ra phản ứng trao đổi

IV NHẬN BIẾT ON HALIDE TRONG DUNG DỊCH

- Hầu hết các muối halide đều dễ tan trong nước, trừ một số muối không tan như silver chloride, silver

bromide, silver iodide và một số muối ít tan như lead chroride, lead bromide.

- Phân biệt các ion F-, Cl- , Br- và I- bằng cách cho dung dịch silver nitrate (AgNO3) vào dung dịch muối của chúng.

F- (NaF) Cl- (NaCl) Br- (NaBr) I- (NaI)Dd AgNO3 Không hiện tượng Kết tủa trắng

Kết tủa vàng nhạtAgBr

Kết tủa vàng đậmAgI

NaCl + AgNO3  AgCl + NaNO,NaBr + AgNO3  AgBr + NaNO3

NaI + AgNO3  AgI + NaNO3

Dung dịch NaF không phản ứng với dung dịch AgNO3.

VI ỨNG DỤNG CỦA CÁC HYDROGEN HALIDE

Hydrogen halide có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất.

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA HYDROGEN BROMIDE (HBr)

Làm chất chống cháy Nhựa epoxy Sản xuất các vi mạch điện tử